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111 專題3 從礦物到基礎(chǔ)材料 第三單元 含硅礦物與信息材料 第一課時(shí) 硅酸鹽礦物與硅酸鹽產(chǎn)品 基礎(chǔ)梳理 1、硅的存在： （1）在地殼中的含量?jī)H次于氧，居于第二位； （2）在自然界中沒有游離態(tài)的硅，只有以化合態(tài)態(tài)存在的硅。如硅酸鈉、二氧化硅等； （3）化合態(tài)的硅廣泛存在于地殼的各種礦物和巖石里，是構(gòu)成礦物和巖石的主要成分。 2、硅酸鹽及其性質(zhì) 硅酸及其縮水結(jié)合而成的各種酸所對(duì)應(yīng)的鹽統(tǒng)稱硅酸鹽。 （1）硅酸鹽組成的表示方法 ①化學(xué)式表示法： 如：硅酸鈉：Na2SiO3、硅酸鈣：CaSiO3，此法用于組成簡(jiǎn)單的硅酸鹽。 ②氧化物表示法： 硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用氧化物的形式來表示組成。其表示方式：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。 例如：硅酸鈉：Na2SiO3——Na2OSiO2 高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4——Al2O32SiO22H2O （2）硅酸鈉 ①Na2SiO3是極少數(shù)可溶于水的硅酸鹽的一種,其它可溶性的硅酸鹽還有硅酸鉀和硅酸銨。 ②Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃,是建筑業(yè)中常用的一種黏合劑,也是一種礦物膠;用水玻璃浸泡過的木材、紡織品既耐磨又耐火。 ③Na2SiO3溶液呈堿性,易吸收空氣中的CO2生成白色硅酸沉淀,因此Na2SiO3溶液要密封保存。 ④Na2SiO3固體俗稱泡花堿，水溶液俗稱水玻璃，是無色粘稠的液體，常作粘合劑、防腐劑、耐火材料。放置在空氣中會(huì)變質(zhì)，發(fā)生反應(yīng)方程式為： Na2SiO3＋CO2＋H2O H2SiO3 ＋Na2CO3。 3．硅酸鹽工業(yè)簡(jiǎn)介 以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱硅酸鹽工業(yè)。主要包括陶瓷工業(yè)、水泥工業(yè)和玻璃工業(yè)，其反應(yīng)包含復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。 （1）水泥 水泥的原料是黏土和石灰石，在水泥回轉(zhuǎn)窯里高溫煅燒后，再加入石膏，磨細(xì)。 普通水泥的主要成分是硅酸三鈣（3CaOSiO2）、硅酸二鈣 （2CaOSiO2）和鋁酸三鈣（3CaOAl2O3）等。 （2）玻璃的原料是純堿、石灰石和石英，普通玻璃的大致成分為Na2OCaO6SiO2。 玻璃的種類有普通玻璃、鋼化玻璃、石英玻璃、光學(xué)玻璃等等。玻璃沒有固定的熔沸點(diǎn)。 （3）比較水泥和玻璃的生產(chǎn)方法 硅酸鹽產(chǎn)品 水泥 玻璃 主要設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃熔爐 原料 石灰石和粘土 純堿、石灰石、石英（過量） 反應(yīng)原理 發(fā)生復(fù)雜的物理—化學(xué)變化（不作要求） Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 主要 成分 3CaOSiO2； 3CaOSiO2； 3CaOAl2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 反應(yīng) 條件 高溫 高溫 （4）陶瓷 　　主要原料：粘土 　　中國(guó)瓷都：景德鎮(zhèn)陶都：宜興 例題解析 例1．三硅酸鎂被用來治療胃酸過多的胃潰瘍，是因?yàn)樵撐镔|(zhì)不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸鎂Mg2Si3O8nH2O改寫成氧化物的形式為______，它中和胃酸（HCl）的化學(xué)方程式是_________________________。 思路分析：本題若直接寫三硅酸鎂與鹽酸的反應(yīng)，很多學(xué)生會(huì)感到無從入手或?qū)戝e(cuò)方程式。但若能將此硅酸鹽改寫成氧化物的形式，便可看出該反應(yīng)可看作是判斷堿性氧化物（MgO）、酸性氧化物（SiO2）能否與鹽酸反應(yīng)的問題。 解題：2MgO3SiO2nH2O； 2MgO3SiO2nH2O＋4HCl2MgCl2＋3SiO2＋（n＋2）H2O。 誤區(qū)點(diǎn)撥：解題依據(jù)是：堿性氧化物與酸反應(yīng)生成鹽和水，酸性氧化物不與酸（鹽酸）反應(yīng)。 例2．礦泉水一般是由巖石風(fēng)化后被地下水溶解其中可溶部分生成的．此處所指的風(fēng)化作用是指礦物與水和CO2同時(shí)作用的過程．例如鉀長(zhǎng)石(KAlSi3O8)風(fēng)化生成高嶺土〔Al2Si2O5(OH)4〕，此反應(yīng)的離子方程式為2KAlSi3O8＋2H2CO3＋9H2O2K＋＋2HCO3—＋4H4SiO4＋Al2Si2O5(OH)4。 這個(gè)反應(yīng)能夠發(fā)生的原因是_____________________________ _________________________。 思路分析：分析反應(yīng)前后的酸的酸性強(qiáng)弱，正反映了由較強(qiáng)的酸制取較弱的酸這一普遍規(guī)律．亦即解釋復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的原因應(yīng)用的是極其簡(jiǎn)單的化學(xué)原理． 解題：碳酸的酸性比原硅酸強(qiáng)，由較強(qiáng)的酸可制得較弱的酸。 基礎(chǔ)訓(xùn)練 一．選擇題（每小題有一個(gè)正確答案） 1．下列物質(zhì)：①氫氟酸；②濃H2SO4；③燒堿溶液；④Na2CO3固體；⑤氧化鈣；⑥ 濃HNO3，其中在一定條件下能與SiO2反應(yīng)的有 （　 ?。? A.①②⑥ B.全部 C.①③④⑤ D.②③⑥ 2．高嶺土[A12(Si2O5)(OH)4]中SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 （　 　） A．46.5％ B．40％ C．23.3％ D．21.7％ 3．能貯存在具有玻璃塞的磨口試劑瓶里的試劑是 （　 ?。? A．HF溶液 B．KOH溶液 C．鹽酸 D．水玻璃 4．下列以制取水泥和玻璃的共同特點(diǎn)的敘述中，錯(cuò)誤的是 （　　 ） A．生產(chǎn)所用設(shè)備相同 B．反應(yīng)都在高溫的條件下進(jìn)行 C．原料中均有石灰石 D．都發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化 5．熔化燒堿應(yīng)選用的坩堝是 （　 ?。? A．鐵坩堝 B．玻璃坩堝 C．石英坩堝 D．陶瓷坩堝 6．下列物質(zhì)屬于純凈物的是 （　 　） A.玻璃 B.水玻璃 C.二氧化硅 D.大理石 7．把過量的CO2通入下列溶液中，有白色沉淀產(chǎn)生的是 （　 ?。? A．Na2SiO3 B．CaCl2 C．NaOH D．Ca(OH) 2 8． 分析某硅酸鹽得如下結(jié)果：SiO2 45.7%、Al2O3 38.41%、K2O 12.1%、H2O 4. 42%，該鹽的化學(xué)式為 A.K2OAl2O32SiO22H2O B.K2OAl2O34SiO2H2O （　 　） C.K2O2Al2O35SiO22H2O D.K2O3Al2O36SiO22H2O 9．下列有關(guān)碳和硅氧化物的說法中，正確的是 （ ） A．二氧化硅的水溶液顯酸性，所以，二氧化硅是酸性氧化物 B．二氧化碳通入水玻璃可得到原硅酸，說明碳酸的酸性比硅酸強(qiáng) C．高溫時(shí)二氧化硅與純堿反應(yīng)放了二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng) D．二氧化硅是酸性氧化物，因此，它不能溶于任何酸 10．有10 g不純CaCO3樣品與足量鹽酸作用后生成4.44 g CO2，且溶液中殘留難溶物質(zhì)。則對(duì)于此樣品中是否存在①M(fèi)gCO3 ②K2CO3 ③SiO2雜質(zhì)的判斷正確的是 （　 　） A.肯定含①③，不含② B.肯定含①③，可能含② C.肯定含②③，不含① D.肯定含②③，可能含① 二．填空題 11．制造普通硅酸鹽水泥的原料有 、 、 。 制造普通玻璃的原料有 、 、 ， 12．在地殼內(nèi)，深度每增加1千米，壓力大約增加25250~30300 kPa，在這樣的壓力下，較簡(jiǎn)單的硅酸鹽會(huì)轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的硅酸鹽．已知：鈣長(zhǎng)石、鎂橄欖石、石榴子石的化學(xué)式分別是：CaAl2Si2O8；Mg2SiO4；CaMg2Al2Si3O12． 　　(1) 用氧化物形式表示的化學(xué)式分別為：鈣長(zhǎng)石________，鎂橄欖石________，石榴子石________． (2) 寫出鈣長(zhǎng)石和鎂橄欖石轉(zhuǎn)化為石榴子石的化學(xué)方程式： 。 13．古希臘流傳這樣一個(gè)傳奇故事：一批販運(yùn)純堿的商船停泊在江邊的沙岸部，商人們找不到石頭來搭灶煮飯，就把船上的大塊純堿搬來，放在沙地上墊鍋?zhàn)鲲垼埵旌笊倘藗凅@奇地發(fā)現(xiàn)“灶”變成了晶瑩透明的固體。你認(rèn)為這種固體可能是____________，其主要成分是________________________。 14．實(shí)驗(yàn)室里盛放堿液的試劑瓶瓶塞不能用玻璃塞，是因?yàn)? 　　　　　　　　。檢驗(yàn)生石灰里含有石英和石灰石的方法是 　　　　　　　　　　　　。 15．要制造1020kg鉀玻璃(組成K2OCaO6SiO2)，需要K2CO3__________kg，CaCO3______________kg， SiO2__________________kg。 16．氮化硅Si3N4是一種非氧化物高溫陶瓷結(jié)構(gòu)材料，具有高硬度、高強(qiáng)度、耐腐蝕等特性，其超強(qiáng)的拉彎強(qiáng)度達(dá)到8104 Ncm－2～10104 Ncm－2，而且在1200℃高溫下也不會(huì)下降。用氮化硅陶瓷制成的內(nèi)燃機(jī)不需冷卻裝置，可節(jié)約燃料30％左右，熱功轉(zhuǎn)換效率提高到40％～50％。粉末狀的Si3N4，可以由SiCl4的蒸氣和氨氣的混合物反應(yīng)制取。粉末狀的Si3N4對(duì)空氣和水都不穩(wěn)定。但是將粉末狀的Si3N4和適量的MgO在2301.01105Pa和185℃的密閉容器中熱處理，可以制得結(jié)構(gòu)十分緊密而且對(duì)空氣和水都十分穩(wěn)定的高溫結(jié)構(gòu)材料。 (1)寫出由SiCl4和NH3反應(yīng)制備Si3N4的化學(xué)方程式： __________________________________________________________________________________________。 (2)分別寫出Si3N4與H2O反應(yīng)的化學(xué)方程式： _________________________________________________________________________________________。 (3)試思考說明為什么結(jié)構(gòu)緊密的Si3N4，不再受H2O、O2的侵蝕? 答：_______________________________________________________________________________________。 17．有A、B、C三種不溶于水的固體物質(zhì)。其中A為黑色能導(dǎo)電的固體。A在氧氣中充分燃燒時(shí)，只得到一種無色氣體D，在同溫同壓下D對(duì)氧氣的相對(duì)密度為1.375。固體B可溶于熱的NaOH溶液得到溶液E，往E中通入過量D，可得白色膠狀沉淀。固體B與石灰石、純堿按質(zhì)量比為18：5：5.3混合后熔融得到C，C為玻璃態(tài)物質(zhì)。試確定： (1)寫出A、B、C、D各物質(zhì)的名稱。 (2)求C的氧化物的組成式。 一．選擇題 1．C 2．A 3．C 4．A 5．A 6．C 7．A 8．D 9．B 10．B 二．填空題 11．石灰石 黏土 石膏 純堿 石灰石 石英 12．(1)CaOAl2O32SiO2 　　2MgOSiO2 　　CaO2MgOAl2O33SiO2 (2)CaAl2SiO8＋Mg2SiO4====CaMg2Al2Si3O12 13．玻璃；Na2SiO3 和SiO2 14．堿液可腐蝕玻璃；加足量鹽酸，有不溶物存在及有氣體放出，則有石英和石灰石 15．276，200，720 16．(1)3SiCl4+4NH3== Si3N4+12HCl (2) Si3N4+6H2O==3SiO2+4NH3 Si3N4+3O2==3SiO2+2N2 (3)固體Si3N4表面與空氣中的氧氣反應(yīng)，生成穩(wěn)定的二氧化硅，從而形成了二氧化硅的保護(hù)層、防止內(nèi)部的Si3N4繼續(xù)與空氣和水接觸而被侵蝕。 17．(1)A：石墨 B：二氧化硅 C：玻璃 D：二氧化碳 (2)Na2OCaO6SiO2 111